飼料行業是現代畜牧業和水產養殖業發展的物質基礎同時它還連接著種植業是農業產業鏈中的重要環節目前飼料的生產和包裝基本上都是機械化作業包裝秤是飼料生產線上的重要設備之一我國定量包裝設備生產企業以小規模為主其中產品設計、研究、開發環節薄弱長期處於一種生產力和技術水平都較低的狀態大部分企業目前仍處於互相照搬、照抄國內外技術以此降低生產成本的原始階段[１]現有市場上的定量包裝秤存在包裝速度慢、定量精度不穩定、生產效率較低等問題[２]而包裝生產線上包裝稱重的快速性與精確性卻是兩個非常重要的指標由此可知為了滿足客戶的要求必須提高定量包裝的精度[３]
１    自動定量包裝秤結構設計
本文設計的自動定量包裝秤(如圖１所示)是由封閉式螺旋輸送係統、動態定量稱重係統和ＰＬＣ自動控製係統構成的封閉式螺旋輸送係統可以防止飼料的氣味飄散、灰塵飛揚並能控製輸送飼料的量動態定量稱重係統由給料鬥、稱重容器、稱重傳感器、雙層下料機構、放大電路、計算機等組成自動定量包裝秤設計指標:１)顆粒料加料速度為５~８包/ｍｉｎ２)稱重精度高於０.２％
自動定量包裝秤的工作流程:當自動定量包裝秤進入自動運行狀態後封閉式螺旋輸送係統開始給動態定量稱重係統輸送物料(該動態定量稱重

１—夾袋搖臂２—氣缸３—夾袋鬥體４—下法蘭５—稱重傳感器６—稱重容器７—上法蘭８—雙向閥門９—給料鬥１０—出料口１１—滾珠絲杠１２—伺服電機１３—上框架１４—下框架１５—電控櫃１６—螺旋軸１７—料槽
圖１自動定量包裝秤整體結構示意圖
係統有快、中、慢三級給料方式)當物料質量達到設定值時關閉給料閥門完成動態定量稱重係統控製夾袋鬥體夾緊物料袋進行卸料卸料後夾袋鬥體鬆開物料袋物料袋自動落下輸送到下一個工位係統以此流程循環工作[４]
自動包裝秤的動態定量稱重係統的關鍵結構如圖２所示自動定量包裝秤的雙層下料機構由支架、擋板座、多孔式下料擋板、延時下料擋板、多孔式下料擋板驅動部件、延時下料擋板驅動部件和控製器組成該結構采用多孔式下料擋板控製給料鬥實現快、中、慢三級下料並有延時下料擋板實現緊急製動從而在動態快速稱重過程中保證稱重的精確度。

１—多孔式下料擋板２—擋板座３—絲杠４—絲杠螺母５—支架６—絲杠工作台７—推杆８—限位開關９—限位開關安裝板
圖２自動定量包裝秤的雙層下料機構
自動定量包裝秤的雙層下料機構的工作流程:當係統處於粗下料階段時多孔式下料擋板和延時下料擋板完全打開當係統處於精下料階段時控製器控製多孔式下料擋板勻速關閉實現初步精下料再控製延時下料擋板勻速對多孔式下料擋板進行關閉實現再次精下料從而實現快速精確定量如此設定不僅提高了定量包裝的精準度還提高了生產效率當機器發生故障時應通過控製器控製延時下料擋板實現應急封閉下料口
２建立動態稱重模型
動態定量稱重過程中有著各種各樣的因素影響著稱重的精度:稱重測量係統的欠阻尼振蕩、物料下落時對測量容器的衝擊力和測量時傳感器的響應靈敏性等等[５]
動態定量稱重係統的工作原理:首先輸入畜禽飼料的定量包裝質量Ｗ設然後將這個設定值與係統測出的質量值Ｗ測相比得到係統偏差值Ｗｄ＝Ｗ設－Ｗ測通過半閉環控製和誤差補償準確測出真實的畜禽飼料的質量[６]
應變壓力稱重傳感器與秤體組成的稱重部分可以等效為一個彈簧和阻尼器稱重係統可以近似為一個二階係統根據動力學分析建立這個稱重部分的數學模型[７]如圖３所示

圖３動態稱重係統模型

圖４為動態稱重係統誤差補償原理圖它的工作原理是:在一次稱重時間段內畜禽飼料下落到稱重容器中的質量不斷增加式(１)模型隨Ｍ(ｔ)改變而不斷改變它的極點保證該動態稱重係統始終處於最佳的二階係統需要加入動態補償環節Ｈ(ｓ)不斷調整係統模型的零點從而達到快速準確測得物體質量的目的[８]圖中:Ｇ１(ｋ)為稱重係統補償前質量Ｕ(ｋ)為動態補償前的電壓值ϕ(ｓ)為稱重係統補償前的傳遞函數Ｕ１(ｋ)為動態補償後的電壓值ｈ為比例係數ａ０ａ１ａ２ｂ１ｂ２為補償環節Ｈ(ｓ)做雙線性變換的各個係數。

圖４動態稱重係統誤差補償原理
３    動態稱重的試驗研究
３.１材料與儀器
試驗原料為畜禽飼料(顆粒狀)取自江西省聯大科技有限公司試驗前將取回的畜禽飼料放置在幹燥的地方保存
圖５為搭建的動態稱重係統試驗平台

圖５動態稱重係統試驗平台
圖６為動態稱重試驗平台的原理圖:畜禽飼料落在料盤上稱重傳感器將電壓信號經過信號放大器和Ａ/Ｄ轉換將電壓信號轉換成數字信號傳輸給ＰＬＣ控製器控製下料口的開合[８]

圖６動態稱重試驗平台基本原理圖
動態稱重係統試驗平台用到的設備見表１

３.２    試驗方法

進行３００次４０００ｇ畜禽飼料稱重試驗在３９９２~４００８ｇ區間中進行等區間劃分並統計落在各區間中的次數利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５軟件處理試驗所得數據繪製出如圖８所示的關係曲線分析圖８可知３００次畜禽飼料稱重試驗值與在各區間內的次數統計符合一定程度的正態分布用ＭＡＴ￣ＬＡＢＲ２０１２ｂ軟件進行高斯方程擬合得出的ＧａｕｓｓＡｍｐ函數關係式為:
ｙ＝－４２.４２＋５２.９２ｅｘｐ[－０.５(ｘ－３９９９.８５)２]

本試驗分別稱取質量為３０００４０００５０００ｇ的畜禽飼料進行３００次試驗並記錄測量結果對測量結果進行等區間劃分統計稱重結果落在各區間的次數利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５、ＭＡＴＬＡＢＲ２０１２ｂ及Ｅｘ￣ｃｅｌ２０１０軟件對試驗結果進行數據分析與處理
４    結果與分析
１)３０００ｇ畜禽飼料
進行３００次３０００ｇ畜禽飼料稱重試驗在２９９４~３００６ｇ區間中進行等區間劃分並統計落在各個區間中的次數利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５軟件處理試驗所得數據繪製出如圖７所示的關係曲線橫坐標表示試驗所得的畜禽飼料的質量縱坐標表示試驗中測量結果落在各個區間內的次數分析圖７

 圖７３０００ｇ測量值次數擬合曲線 

以上可知將該動態定量稱重係統應用於飼料生產中可有效提高畜禽飼料稱重速度、縮短稱重時間、提高稱重合格率。
 

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